CN106756566A - 一种高强度低合金钢传力杆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高强度低合金钢传力杆，传力杆的化学元素的重量组分是碳0.20～0.24%；硅≤0.35%；锰1.00～1.50%；镍≤0.35%；铬0.35～0.50%；钼≤0.35%；钒0.10～0.15%；铌0.05～0.20%；铜≤0.35%；硫≤0.035%；磷≤0.035%；氮0.018～0.025%；其余为铁。采用本发明涂层传力杆，通常情况下的数据表明，起初的成本比普碳钢增加为25%～50%，而若以总项目投入计，成本增加仅仅0.49%～2.16%，但考虑到长期的使用年限，其耐腐蚀年限可以达到75年甚至更高，若计算此时节约的维护成本，则非常具有经济价值，适合我国可持续发展的需要。

Description

一种高强度低合金钢传力杆及其制造方法

技术领域：

本技术涉及一种低合金钢传力杆及其制造方法，尤其是指建筑工程用高强度低合金钢环氧树脂涂层传力杆的成分设计及其制造方法。

背景技术：

传力杆是指沿水泥混凝土路面板横缝，每隔一定距离在板厚中央布置的传力钢筋。其一端固定在一侧板内，另一端可以在邻侧板内滑动，其作用是在两块路面板之间传递行车荷载和防止错台。传力杆对于水泥混凝土路的长期性能具有非常重要的影响，在接缝处设置传力杆可以提高荷载传递能力，可以有效减小错台、板破坏和横向裂缝的产生，极大延长路使用寿命。

涂层传力杆主要用于在侵蚀环境中的建筑工程、桥梁、高铁、海工、石化、军事设施及其他需要耐腐蚀钢筋材料的领域。环氧树脂涂层采用静电粉末喷涂法，热硬化后具有极佳的化学抗腐蚀性能。这种涂层传力杆能有效防止有机盐、海水、酸等化学物质腐蚀，适于要求、强腐蚀的恶劣环境。

目前，我国建筑用圆钢多采用热轧态交货，直接应用于各种建筑工程，典型的钢种为HPB235、HPB300等，这种热轧光圆钢筋的优点是工艺简单、生产效率高、制造成本较低等等，但其受表面氧化层的影响容易受环境氧化和腐蚀而失效，造成其工程使用寿命较短；此外，中国强制标准《GB 1499.1-2008钢筋混凝土用钢第一部分：热轧光圆钢筋》中仅规定了的光圆钢筋标准，而实际工程中往往需更大尺寸的传力杆用圆钢；另一方面，由于该类钢筋不添加提高强度的Mn、Cr等合金和提高疲劳性能的V、Nb微合金，其强度较低，疲劳寿命也较差，造成工程材料成本偏高和在承受周期性载荷时容易过早失效，无法满足现代工程设计(例如设计使用年限80年以上、耐海水腐蚀等)的要求。

综上所述，设计一种高强度(抗拉强度≥600MPa)、高疲劳寿命(疲劳寿命≥500万次)、经济型(低合金含量)的耐腐蚀的涂层传力杆制造技术，满足现代工程设计的需要，是钢铁制造商的追求。

发明内容：

本发明的目的是：在不增加冶炼成本的基础上解决现有传力杆强度低、疲劳寿命短和不耐腐蚀的问题；目的是提高产品使用寿命，尤其是腐蚀环境下的使用寿命，从而提高工程使用年限。进一步降低工程平均建造成本和维护成本。本发明对于沿海建筑工程使用尤为有效，大大提高了建筑物的使用年限，降低了平均建筑成本和维护成本。

本发明的技术方案如下：

一种高强度低合金钢传力杆，传力杆的化学元素的重量组分是碳0.20～0.24％；硅≤0.35％；锰1.00～1.50％；镍≤0.35％；铬0.35～0.50％；钼≤0.35％；钒0.10～0.15％；铌0.05～0.20％；铜≤0.35％；硫≤0.035％；磷≤0.035％；氮0.018～0.025％；其余为铁。

碳：碳在钢中与Cr、Mn等元素形成碳化物固溶于铁素体中强化基体，使钢的强度和硬度大幅提高，但C过高则对韧性不利，因此碳控制为0.20～0.24％可以在获得高强度的同时确保良好的韧性。

锰：锰增加奥氏体的稳定性，拟制奥氏体的分解。同时，锰可以起到脱氧剂和脱硫剂的作用，可净化钢液，但过高会促使晶粒粗大，此外，在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，因此控制为1.00～1.50％。

硅：硅是铁素体形成元素，促使碳化物析出，但硅过高将显著降低钢的塑性和韧度，因此控制为0～0.35％可以保证良好的韧性。

铬：铬是碳化物形成元素，又是强烈形成并稳定铁素体的元素，溶于奥氏体中强化基体且不降低韧度，增加钢的淬透性。使钢的强度和硬度明显提高。此外铬能细化晶粒，提高调质刚的回火稳定性，因此，本发明钢设计铬含量为0.35～0.50％。

钒：钒是良好的脱氧剂，可细化钢的组织晶粒，提高强度和韧性。此外，钒强碳化物形成元素，有很强的沉淀强化作用，与铌同时加入时形成的复合化合物可更有效的组织奥氏体晶粒长大和再结晶，同时提高强度和韧性，但钒过高时会影响加工性能，因此控制为0.10～0.15％。

铌：铌可细化钢的晶粒，并通过析出强化与相变强化来提高钢的强度和韧性，此外，铌可改善钢的冷加工脆性，提高钢的力学性能的均匀性。但铌与钒需要合理配比才能发挥其各自最大的作用而不造成各自影响，因此控制为0.05～0.20％。

同时，硫、磷、铅、锑、铋在技术条件允许情况下应尽可能降低其含量，以减少原奥氏体晶界处的偏聚，提高韧性。残余元素和气体含量控制在相当低含量水平，使钢具有相当高的纯净度，碳元素与各元素之间达到理想的最佳配比含量，从而使材料具有良好的强度、韧性、塑性等综合性能。

一种高强度低合金钢传力杆的制造方法，采用三步工艺流程：第一步：电弧炉EAF初炼、LF精炼、(VD抽气、)CC连铸；第二步：连铸坯加热、直接轧制到成品规格；第三步：抛丸、定尺落料、加热、静电粉末喷涂、冷却。

作为优选，第一步：电弧炉EAF初炼、LF精炼、(VD抽气、)CC连铸中，在20～100吨的电弧炉中进行钢液初炼；相应吨位的钢包精炼炉精炼；连铸浇注；生产150方、160方、180方或220方的合格连铸方坯。

作为优选，LF精炼过程添加微合金化元素钒、铌。

作为优选，连铸坯加热：加热温度控制在1180±25℃，加热保温时间不低于3小时，开轧温度不低于1050℃；轧制：粗轧终轧温度不低于1000℃，进精轧温度不低于950℃。

本发明的有益效果在于：

采用本发明涂层传力杆，通常情况下的数据表明，起初的成本比普碳钢增加为25％～50％，而若以总项目投入计，成本增加仅仅0.49％～2.16％，但考虑到长期的使用年限，其耐腐蚀年限可以达到75年甚至更高，若计算此时节约的维护成本，则非常具有经济价值，适合我国可持续发展的需要。

具体实施方式：

实施例1～3的工艺步骤均为：第一步：冶炼

电炉熔炼，出钢温度不低于1580℃，出钢量51.6t，出钢前合金元素Mn、Cr配至目标值下限。

LF精炼钢包就位即通电升温，微调成分至成品要求成分范围。

连铸开浇温度为液相线温度加60～80℃。连铸浇铸150mm×150mm方连铸坯，坯长9000mm。

第二步：轧制

加热工艺：加热工艺采取800℃以下进炉保温，以不大于100℃/h的速度升温至1160℃～1240℃后保温1.5小时以上。

轧制工艺：开轧温度不低于1060℃；终轧温度不低于850℃，强风冷却，定尺锯切后冷床缓冷并收集。

第三步：喷涂

抛丸工艺：去除刺、尖角和氧化物、氯化物、油、脂或漆等污染物。平均粗糙度控制在

喷涂工艺：涂层的涂覆应尽快在净化处理后的钢筋表上进行，相对湿度要求RH≤75％，钢筋净化处理后涂覆涂层的间隔时间不超60分钟。

固化后涂层厚度的记录值应至少有95％以上的概率在 单个记录值不得低于180μm。

涂层固化后，应无孔洞、空隙、裂纹和其他目视可的缺陷。涂层钢筋每米长度上的漏点数目不应超过3个。

实施例1～3的化学成分见表1，实施例1～3的具体实施过程工艺参数见表2，实施例1～3的物理性能见表3。

表1具体实施例的化学成分

表2具体实施过程工艺参数

表3具体实施例的物理性能

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种高强度低合金钢传力杆，其特征在于：传力杆的化学元素的重量组分是碳0.20～0.24%；硅≤0.35%；锰1.00～1.50%；镍≤0.35%；铬0.35～0.50%；钼≤0.35%；钒0.10～0.15%；铌0.05～0.20%；铜≤0.35%；硫≤0.035%；磷≤0.035%；氮0.018～0.025%；其余为铁。

2.一种高强度低合金钢传力杆的制造方法，其特征在于：采用三步工艺流程：第一步：电弧炉EAF初炼、LF精炼、（VD抽气、）CC连铸；第二步：连铸坯加热、直接轧制到成品规格；第三步：抛丸、定尺落料、加热、静电粉末喷涂、冷却。

3.根据权利要求2所述的一种高强度低合金钢传力杆的制造方法，其特征在于：所述第一步：电弧炉EAF初炼、LF精炼、（VD抽气、）CC连铸中，在20～100吨的电弧炉中进行钢液初炼；相应吨位的钢包精炼炉精炼；连铸浇注；生产150方、160方、180方或220方的合格连铸方坯。

4.根据权利要求3所述的一种高强度低合金钢传力杆的制造方法，其特征在于：所述第一步的LF精炼过程添加微合金化元素钒、铌。

5.根据权利要求2所述的一种高强度低合金钢传力杆的制造方法，其特征在于：所述第二步的连铸坯加热：加热温度控制在1180±25℃，加热保温时间不低于3小时，开轧温度不低于1050℃；轧制：粗轧终轧温度不低于1000℃，进精轧温度不低于950℃。